DE60124368T2 - Soft magnetic material of Fe-Cr alloy and process for its production - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein weichmagnetisches Material, das als ein Kern, ein Joch oder dergleichen, die in verschiedene Arten von magnetischen Sensoren, wie Servolenkung, Kraftstoffeinspritzsysteme für Kraftfahrzeuge und magnetische Wechselstromkreise, wie Magnetventile, installiert wurden, verwendbar ist.The The present invention relates to a soft magnetic material which as a nucleus, a yoke or the like, in different ways from magnetic sensors, such as power steering, fuel injection systems for motor vehicles and magnetic AC circuits, such as solenoid valves, installed were, is usable.
Ein magnetischer Wechselstromkreis wird in einen elektromagnetischen Induktionssensor, beispielsweise einen Differential-Magnetspulensensor oder einen Strömungssensor oder einen mechanischen Mengensensor, beispielsweise einen magnetostriktiven Drehmomentsensor oder einen Phasen-differenzierten Drehmomentsensor, eingebaut. Ein weiterer Sensortyp, der eine Erregerspule als eine Erfassungsspule verwendet, ist bereits bekannt. Ein Kern und ein Joch, als Teile eines solchen magnetischen Wechselstromkreises, werden aus weichmagnetischem Material, wie reinem Eisen, Si-Stahl, weichem Ferrit oder Mu-Metall, hergestellt.One AC magnetic circuit becomes an electromagnetic Induction sensor, for example, a differential magnetic coil sensor or a flow sensor or a mechanical quantity sensor, for example a magnetostrictive Torque sensor or a phase-differentiated torque sensor, built-in. Another type of sensor that uses an exciter coil as one Detection coil used is already known. A core and a Yoke, as parts of such a magnetic AC circuit, are made of soft magnetic material, such as pure iron, Si-steel, soft ferrite or mu-metal.
Die Verschiebung von einem Gegenstand oder ein Drehmoment wird als eine geringe Änderung in der Impedanz oder Spannung der Erfassungsspule nachgewiesen, die beim Verschieben des Gegenstands durch Anlegen von Wechselstrom an die Erregerspule entsteht, sodass ein Wechselfeld erzeugt wird.The Displacement of an object or a torque is considered one small change detected in the impedance or voltage of the detection coil, when moving the object by applying alternating current arises to the excitation coil, so that an alternating field is generated.
Mit der Entwicklung von Magnetsensoren nehmen die Forderungen zur Verbesserung der Messgenauigkeit immer mehr zu. Da die Verminderung von Rauschen während der Erfassung von einer Ausgangssignalspannung zur Verbesserung der Messgenauigkeit unvermeidlich ist, wird notwendigerweise ein elektrischer Hochfrequenzstrom (beispielsweise 100 Hz–5 kHz) mit einer Sinus- oder Rechteckwelle an eine Erregerspule angelegt.With The development of magnetic sensors is increasing the demands for improvement the measuring accuracy more and more. Because the reduction of noise while the detection of an output signal voltage for improvement the measurement accuracy is inevitable, will necessarily be electric high-frequency current (for example 100 Hz-5 kHz) applied with a sine wave or square wave to an excitation coil.
Jedoch erhöht sich der Wirbelstromverlust von elektromagnetischem Weicheisen (SUYP), das üblicherweise als weichmagnetisches Material verwendet wurde, proportional zum Frequenzanstieg des angelegten Magnetfelds, was zu einer Abnahme magnetischer Induktion führt, die für die ausreichend abgegebene Spannung notwendig ist. Si-Stahl ist vorteilhaft in geringerem Wirbelstromverlust, aufgrund seines hohen spezifischen elektrischen Widerstands, verglichen mit elektromagnetischem Weicheisen, jedoch erhöht sich der Si-Gehalt notwendigerweise, um die Verminderung von magnetischer Induktion in einem Wechselfeld mit der Frequenz von nicht weniger als 1 kHz zu unterdrücken. Obwohl eine Erhöhung des Si-Gehalts den spezifischen elektrischen Widerstand wirksam erhöht, ist Si-Stahl gehärtet und die Pressverarbeitbarkeit verschlechtert sich.however elevated the eddy current loss of electromagnetic soft iron (SUYP), that usually was used as a soft magnetic material, proportional to Frequency increase of the applied magnetic field, resulting in a decrease magnetic induction leads, the for the sufficient voltage is necessary. Si steel is advantageous in lower eddy current loss, due to its high specific electrical resistance, compared with electromagnetic Soft iron, however, increased the Si content necessarily, the reduction of magnetic Induction in an alternating field with the frequency of not less than 1 kHz. Although an increase of the Si content, the specific electrical resistance is effective elevated, Si-steel is hardened and the press processability deteriorates.
Die Korrosionsbeständigkeit ist auch eine der erforderlichen Eigenschaften von weichmagnetischem Material, von dem erwartet wird, dass es in einer speziellen Umgebung verwendet wird. Jedoch sind elektromagnetisches Weicheisen und Si-Stahl schlecht in der Korrosionsbeständigkeit. Korrosionsbeständigkeit kann durch Bildung von einer Ni- oder Chromatbehandlungsschicht verbessert werden, jedoch verursacht solches Plattieren Kostenerhöhung eines Produkts. Das Plattieren baut in ungünstiger Weise Magneteigenschaften ab und verändert aufgrund der Unregelmäßigkeit in der Dicke der Plattierungsschicht auch magnetische Eigenschaften.The corrosion resistance is also one of the required properties of soft magnetic material, which is expected to be used in a specific environment becomes. However, electromagnetic soft iron and Si steel are poor in the corrosion resistance. corrosion resistance can by formation of a Ni or Chromatbehandlungsschicht however, such plating causes a cost increase Product. The plating unfavorably builds magnetic properties off and changed due to the irregularity in the thickness of the plating layer also has magnetic properties.
Mu-Metall, insbesondere Mu-Metall C bzw. Permalloy C, ist ein Material, das in der magnetischen Wechselstromeigenschaft mit hohem spezifischen elektrischen Widerstand ausgezeichnet, allerdings sehr kostspielig ist. Weichferrit hat einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand bei weniger Verminderung an magnetischer Induktion in einem Hochfrequenzbereich von nicht weniger als 10 kHz, verglichen mit Metallmaterial, jedoch ist im Gegensatz dazu seine Magnetflussdichte im Frequenzbereich von nicht mehr als 5 kHz geringer als jene des Metallmaterials.Mu-metal, in particular Mu-metal C or Permalloy C, is a material that in the magnetic AC characteristic with high specificity electrical resistance excellent, but very expensive is. Soft ferrite has a high electrical resistivity with less reduction in magnetic induction in a high frequency range of not less than 10 kHz, compared with metal material, however is in contrast its magnetic flux density in the frequency domain of not more than 5 kHz lower than that of the metal material.
JP-A-08 047 235 offenbart eine ferritische Fe-Cr-Legierung, die bei einer Temperatur zwischen 700 und 1200°C wärmebehandelt wird.JP-A-08 047 235 discloses a ferritic Fe-Cr alloy, which in a Temperature between 700 and 1200 ° C heat treated becomes.
Fe-Cr-Legierung wurde bislang als Joch für einen Schrittmotor, aufgrund seines hohen spezifischen elektrischen Widerstands, guter Korrosionsbeständigkeit und Kostengünstigkeit, verglichen mit Mu-Metall, verwendet. Wenn allerdings übliche Fe-Cr-Legierung als Teil eines Magnetkreises, wie eines magnetischen Sensors, der in einem schwachen Magnetfeld von weniger als 10 Oe, mit einer Frequenz von 100 Hz–5 kHz, arbeitet, verwendet wird, wird kein ausreichendes Ausgangssignal, das für eine genaue Messung notwendig ist, bei einem Nachweis-Terminal erzielt.Fe-Cr alloy has been used as a yoke for a stepper motor, due to its high specific electrical Resistance, good corrosion resistance and cost-effectiveness, compared with Mu metal. If, however, usual Fe-Cr alloy as part a magnetic circuit, such as a magnetic sensor, in one weak magnetic field of less than 10 Oe, with a frequency of 100 Hz-5 kHz, works, is not enough output, that for An accurate measurement is necessary when scoring at a detection terminal.
Die vorliegende Erfindung strebt die Bereitstellung eines neuen, kostengünstigen weichmagnetischen Fe-Cr-Materials an, das ausgezeichnete Eigenschaften als magnetischer Sensor aufweist, der in einem schwachen Hochfrequenz-Magnetfeld arbeitet, sowie Korrosionsbeständigkeit aufweist.The The present invention seeks to provide a new, low cost Soft magnetic Fe-Cr material, the excellent properties as a magnetic sensor operating in a weak high-frequency magnetic field works, as well as corrosion resistance having.
Das vorgeschlagene neue weichmagnetische Fe-Cr-Material hat einen spezifischen elektrischen Widerstand von nicht weniger als 50 μΩ. cm und eine metallurgische Struktur, die aus ferritischen Körnern bei einem Oberflächenverhältnis von nicht weniger als 95%, mit Ausscheidungen von 1 μm oder weniger in der Teilchengröße bei einem Verhältnis von nicht mehr als 6 × 105/mm2 in der Anzahl, aufgebaut ist.The proposed new soft magnetic Fe-Cr material has a specific electric resistance of not less than 50 μΩ. cm and a metallurgical structure composed of ferritic grains at an area ratio of not less than 95%, with precipitates of 1 μm or less in particle size at a ratio of not more than 6 × 10 5 / mm 2 in number ,
Das
weichmagnetische Fe-Cr-Material hat die Zusammensetzung, die aus
C bis zu 0,05 Masse%, N bis zu 0,05 Masse%, Si bis zu 3,0 Masse%,
Mn bis zu 1,0 Masse%, Ni bis zu 1,0 Masse%, P bis zu 0,04 Masse%,
S bis zu 0,01 Masse%, 5,0–20,0
Masse% Cr, Al bis zu 4,0 Masse%, 0–3 Masse% Mo, 0–0,5 Masse%
Ti besteht, und wobei der Rest Fe ausgenommen unvermeidbare Verunreinigungen
ist, unter Bedingungen von (1) und (2).
Das
weichmagnetische Material wird durch Bereitstellen einer Fe-Cr-Legierung
mit der ausgewiesenen Zusammensetzung, das Bilden der Fe-Cr-Legierung
zu einer gegenständlichen
Form und das Wärmebehandeln
der geformten Fe-Cr-Legierung in einer Zone zwischen 900°C und einer
Temperatur T (°C),
definiert durch Formel (3), in einer Vakuum- oder reduzierenden
Atmosphäre
hergestellt. Die Wortgruppe "weichmagnetisches
Material" bedeutet
ein Material, das noch nicht zu einem magnetischen Teil geformt
wurde, in verschiedenen Formen von Blechen, Stäben oder Drähten, in Reaktion auf seine
Anwendung.
Wenn ein weichmagnetisches Material mit einem Magnetwechselfeld geladen wird, treten Energieverluste in dem weichmagnetischen Material auf.If a soft magnetic material loaded with a magnetic alternating field becomes, energy losses occur in the soft magnetic material.
Hystereseverlust, der einen der Energieverluste darstellt, ist aufgrund der Wechselwirkung zwischen den ferromagnetischen Domänenwänden und Ausscheidungen oder Gitterdefekten von der Unterdrückung der Bewegung von ferromagnetischen Domainewänden abgeleitet. In diesem Sinne wird der Hystereseverlust vermindert, wenn sich die Ausscheidungen und Gitterdefekte erhöhen. Hinsichtlich einer Fe-Cr-Legierung ist es praktisch wichtig, die Erzeugung feiner Ausscheidungen und Martensitkörner zu inhibieren.hysteresis loss which represents one of the energy losses is due to the interaction between the ferromagnetic domain walls and precipitates or Lattice defects from the suppression of Movement derived from ferromagnetic domain walls. In this Meaning, the hysteresis loss is reduced as the precipitates and increase lattice defects. Regarding Fe-Cr alloy it is practically important to produce fine precipitates and martensite grains to inhibit.
Wirbelstromverlust ist auch eine der nachteiligen Energien. Der Wirbelstrom; d.h. ein Sekundärstrom, der durch eine Änderung der magnetischen Intensität aufgrund von Leitfähigkeit des weichen magnetischen Metallmaterials induziert wird, bedeutet einen Energieverlust, der durch ohmschen Verlust verursacht wird. Um den Wirbelstromverlust zu vermindern, soll der spezifische elektrische Widerstand des weichmagnetischen Materials unbedingt größer sein, um den Wirbelstrom zu dämpfen bzw. zu hindern.Eddy current loss is also one of the detrimental energies. The eddy current; i.e. one Secondary current, the by a change the magnetic intensity due to conductivity of the soft magnetic metal material is induced an energy loss caused by ohmic loss. To reduce the eddy current loss, the specific electrical Resistance of the soft magnetic material necessarily be greater to dampen the eddy current or to prevent.
Hinsichtlich dieser Aspekte haben die Erfinder die Wirkungen des spezifischen elektrischen Widerstands und einer metallurgischen Struktur sowie den Zustand von Ausscheidungen auf die Größenordnung von Hysterese und Wirbelstromverlusten untersucht und geprüft, und auch Mechanismen von hoher Magnetflussdichte in einem schwachen Magnetfeld-Wechselfeld untersucht. Obwohl ein übliches weichmagnetisches Fe-Cr-Material unbedingt auf eine Temperatur oberhalb seiner Feststoff-Lösungs-Linie (d.h. einer Grenze zwischen einer festen Lösung und einer Mischphase) zur Auflösung von feinen Carbidteilchen in seiner Matrix erhitzt werden muss, verursacht das Erhitzen auf eine zu hohe Temperatur die Erzeugung von γ-Phase, die während des Kühlens zu Martensitkörnern überführt wird. Deshalb ist es notwendig, die Ausscheidungen zu bestimmen, die auf weichmagnetische Eigenschaften schädliche Einflüsse ausüben, und auch Bedingungen der Zusammensetzung und Wärmebehandlung, die ohne Erzeugung einer Martensitphase schädliche Ausscheidungen in einer Matrix auflösen können, zu bestimmen.Regarding In these aspects, the inventors have the effects of the specific electrical resistance and a metallurgical structure as well the state of precipitates on the order of hysteresis and Eddy current losses studied and tested, and also mechanisms of high magnetic flux density in a weak magnetic field alternating field examined. Although a common one Soft-magnetic Fe-Cr material must always be at a temperature above his solid solution line (i.e., a boundary between a solid solution and a mixed phase) to the resolution must be heated by fine carbide particles in its matrix, heating to too high a temperature causes generation of γ phase, the while of cooling is transferred to martensite grains. Therefore, it is necessary to determine the excretions that are on soft magnetic properties exert harmful influences, and also conditions of composition and heat treatment, without generation a martensite phase harmful Determine excretions in a matrix.
Ein
magnetostriktiver Drehmomentsensor, einer der magnetischen Sensoren,
hat einen in
Ein weichmagnetischer Teil, wie ein Kern, der in dem Nachweiskreislauf eingebaut ist, wird durch mechanisches Bearbeiten eines weichmagnetischen Stahlblechs oder dergleichen zu einer vorbestimmten Form hergestellt. Das so bearbeitete weichmagnetische Material ist aufgrund der Restbelastungen bzw. mechanischen Restspannungen, die durch das mechanische Bearbeiten eingeführt werden, in der magnetischen Permeabilität mangelhaft, was schlechte magnetische Induktion ergibt. Solche schädlichen Einflüsse von mechanischen Spannungen werden durch Wärmebehandlung zum Entspannen beseitigt.One soft magnetic part, such as a core, in the detection circuit is incorporated by mechanical processing of a soft magnetic Made steel sheet or the like to a predetermined shape. The thus processed soft magnetic material is due to the residual stresses or mechanical residual stresses caused by the mechanical processing introduced become poor in magnetic permeability, which is bad magnetic induction results. Such harmful influences of mechanical stresses are released by heat treatment eliminated.
Die Erfinder haben die Wirkungen von verschiedenen Faktoren auf die magnetische Induktion von einem weichmagnetischen Teil wie nachstehend untersucht: weichmagnetische Fe-Cr-Stähle, die sich voneinander im elektrischen Widerstand unterscheiden, werden mechanisch zu einer Kreisform bearbeitet, unter verschiedenen Bedingungen wärmebehandelt und dann zur Messung der Magnetflussdichte bereitgestellt. Die Magnetflussdichte wird mit einem B-H-Analysator in einem erregenden schwachen Magnetfeld mit einer Schwingungsfrequenz von 1 kHz und Magnetintensität von 1 Oe gemessen.The Inventors have the effects of various factors on the magnetic induction from a soft magnetic part as below investigated: magnetically soft Fe-Cr steels, which differ from each other in the distinguish electrical resistance become mechanically one Circular shape processed, heat treated under different conditions and then provided for measuring the magnetic flux density. The magnetic flux density is using a B-H analyzer in an exciting weak magnetic field with an oscillation frequency of 1 kHz and magnetic intensity of 1 Oe measured.
Die
Messergebnisse werden in
Jedoch haben weichmagnetische Teile, die aus der gleichen Fe-Cr-Legierung hergestellt werden, das Merkmal, dass die magnetische Induktion in Antwort auf die Wärmebehandlungsbedingungen für eine Verwendung in einem Magnetkreis, der bei einem schwachen Magnetfeld von 1 Oe oder ähnlich arbeitet, wesentlich abweicht. Die Erfinder haben die Wirkungen von metallurgischen Struakturen auf die magnetische Induktion zum Herausfinden der Ursachen, die zur Abweichung von magnetischer Induktion führen, durch Beobachten der metallurgischen Struktur eines wärmebehandelten weichmagnetischen Materials untersucht. Im Ergebnis haben die Erfinder gefunden, dass die metallurgische Struktur, die Martensitkörner oder feine Ausscheidungen in einer von Martensitkörnern freien ferritschen Einzelphase einbezieht, in der magnetischen Induktion sehr schlecht ist (d.h. schlechte Sensoreigenschaft aufweist), selbst wenn der weichmagnetische Teil aus der gleichen Fe-Cr-Legierung hergestellt wird.however have soft magnetic parts made of the same Fe-Cr alloy be produced, the feature that magnetic induction in response to the heat treatment conditions for one Use in a magnetic circuit that works in a weak magnetic field from 1 Oe or similar works, deviates substantially. The inventors have the effects from metallurgical structures to magnetic induction to Finding out the causes leading to the deviation from magnetic induction to lead, by observing the metallurgical structure of a heat treated soft magnetic material examined. As a result, the inventors have found that the metallurgical structure, the martensite grains or fine precipitates in a ferritic single phase free of martensite grains which is very poor in magnetic induction (i.e. has bad sensor characteristic), even if the soft magnetic Part made of the same Fe-Cr alloy will be produced.
Die
ungünstige
Wirkung von Martensitkörnern
auf die magnetische Induktion wird in der Fe-Cr-Legierung, die Martensitkörner bei
einem Anteil von 5 Volumenprozent oder mehr beinhaltet, deutlich
beobachtet. Auscheidungen von 1 μm
oder größer in der
Teilchengröße bewirken
im Wesentlichen keine Wirkung auf die magnetische Induktion, jedoch
wird die magnetische Induktion durch feine Ausscheidungen von weniger
als 1 μm
in der Teilchengröße beeinflusst.
Die magnetische Induktion verschlechtert sich, wenn sich die Zahl
der Ausscheidungen erhöht.
Insbesondere verursacht eine Verteilung von feinen Ausscheidungen
von weniger als 1 μm,
bei einem Verhältnis
von 6 × 105/mm2 in der Zahl,
eine deutliche Abnahme der magnetischen Induktion, wie in
Diese Ergebnisse beweisen, dass eine Fe-Cr-Legierung, die als ein weichmagneti scher Teil verwendbar ist, der in einen magnetischen Kreis, wie einen magnetischen Sensor, eingebaut wird, welcher in einem Hochfrequenzerregungsfeld arbeitet, einen spezifischen elektrischen Widerstand, der nicht weniger als 50 μΩ. cm ist, und eine dermaßen wärmebehandelte metallurgische Struktur, die Martensitkörner von nicht mehr als 5 Volumen% mit Ausscheidungen von 1 μm oder weniger in der Teilchengröße bei einem Verhältnis von nicht mehr als 6 × 105/mm2 beinhaltet, aufweisen sollte.These results prove that an Fe-Cr alloy usable as a soft magnetic part incorporated in a magnetic circuit such as a magnetic sensor operating in a high-frequency excitation field has a resistivity not less than 50 μΩ. cm, and such a heat-treated metallurgical structure including martensite grains of not more than 5% by volume with precipitates of 1 μm or less in particle size at a ratio of not more than 6 × 10 5 / mm 2 .
Feine Ausscheidungen von 1 μm oder weniger in der Teilchengröße können durch Erhitzen einer Fe-Cr-Legierung auf eine Temperatur höher als 900°C stark vermindert werden. Die Wirkung der Wärmebehandlung auf die Abnahme von feinen Ausscheidungen wird durch Durchwärmen der Fe-Cr-Legierung, vorzugsweise für 30 Minuten oder länger, deutlich beobachtet. Jedoch eine zu hohe Durchwärmtemperatur bedeutet Überhitzen der Fe-Cr-Legierung in einer γ-Zone, die während des Kühlens zur Erzeugung von Martensitkörnern führt.Fine Excretions of 1 μm or less in the particle size can through Heating a Fe-Cr alloy to a temperature higher than 900 ° C strong be reduced. The effect of heat treatment on the decrease of fine precipitates is by soaking the Fe-Cr alloy, preferably for 30 Minutes or longer, clearly observed. However, too high a soak temperature means overheating the Fe-Cr alloy in a γ-zone, the while of cooling for the production of martensite grains leads.
Eine solche Art von Stahl, die die γ-Phase bei einer Heiztemperatur unter 900°C verursacht, kann nicht zu einer metallurgischen Struktur umgeformt werden, die aus einer ferritschen Einzelphase zusammengesetzt wird, welche zur Verbesserung von magnetischer Induktion bei Unterdrückung von feinen Ausscheidungen wirksam ist. Unter Berücksichtigung der praktischen Genauigkeit der Temperatursteuerung in einem üblichen Ofen soll ein Temperaturbereich zur Wärmebehandlung für die Erzeugung einer ferritschen Einzelmatrix, die weniger feine Ausscheidungen beinhaltet, ohne Martensitkörner eine Toleranz von mindestens ±20°C (idealerweise ±50°C), bezüglich einer vorbestimmten Temperatur aufweisen.A such kind of steel as the γ-phase caused at a heating temperature below 900 ° C, can not a metallurgical structure to be transformed from a ferrite Single phase is composed, which is to improve magnetic Induction in suppression of fine excretions is effective. Taking into account the practical Accuracy of temperature control in a standard oven is supposed to be a temperature range for heat treatment for the Generation of a ferrite single matrix, the less fine precipitates contains, without martensite grains a tolerance of at least ± 20 ° C (ideally ± 50 ° C), with respect to one have predetermined temperature.
Eine Anfangstemperatur T (°C) zur Erzeugung einer γ-Phase wird durch die vorstehend erwähnte Formel (3) gemäß den Untersuchungen der Erfinder auf die Wirkungen von Legierungselementen wiedergegeben. Andererseits sollte die Anfangstemperatur T unter Berücksichtigung der Genauigkeit der Temperatursteuerung in einem üblichen Ofen bei einer Toleranz von mindestens ±20°C nicht unter jener von 900°C liegen, um die Erzeugung von sowohl Martensitkörnern als auch feinen Ausscheidungen zu hemmen.A Initial temperature T (° C) for generating a γ-phase is characterized by the above Formula (3) according to the investigations the inventor reported on the effects of alloying elements. On the other hand, the initial temperature T should be considered the accuracy of temperature control in a conventional Oven at a tolerance of at least ± 20 ° C not lower than 900 ° C, to the production of both martensite grains and fine precipitates to inhibit.
Deshalb wird die Anfangstemperatur T (°C) bei einer Temperatur nicht unterhalb 940°C bestimmt. Die vorstehend erwähnte Formel (2) wird durch Einsetzen von Formel (3) in die Beziehung von T ≧ 940°C erhalten. Weiterhin wird eine Temperatur für die Wärmebehandlung vorzugsweise auf 940°C oder höher eingestellt, um das Wachstum von Kristallkörnern zur Verbesserung der Magneteigenschaft ohne Erzeugung von Martensitphase zu fördern. Eine Idealtemperatur T ist mindestens 980°C.Therefore is the initial temperature T (° C) at a temperature not lower than 940 ° C. The above-mentioned formula (2) is obtained by substituting formula (3) into the relationship of T ≧ 940 ° C. Farther will be a temperature for the heat treatment preferably at 940 ° C or higher adjusted to improve the growth of crystal grains Magnetic property without producing martensite phase to promote. A Ideal temperature T is at least 980 ° C.
Die Erzeugung einer metallurgischen Struktur, die aus einer ferritschen Einzelphase besteht, wird zum Erhöhen einer Anfangstemperatur T durch Zusatz eines Ferritstabilisierenden Elements/Elementen, wie Si, zu einer Fe-Cr-Legierung gefördert. Jedoch verursacht eine zu hohe Zugabe von Ferrit-stabilisierendem/n Element(en) eine Abnahme in der Walzbarkeit und Druckverarbeitbarkeit sowie das Auftreten von Oberflächendefekten.The Generation of a metallurgical structure consisting of a ferrite Single phase is to increase an initial temperature T by adding a ferrite-stabilizing element / elements, like Si, promoted to a Fe-Cr alloy. However, one causes too high an addition of ferrite stabilizing element (s) a decrease in the rollability and press workability as well as the appearance of surface defects.
Die
Verminderung von Martensitkörnern
auf einen Anteil von nicht mehr als 5 Volumen% unterdrückt wirksam
die Abnahme von magnetischer Induktion, wie in
Die Anfangstemperatur T zur Erzeugung der γ-Phase ist höher als eine Erhöhung im Unterschied zwischen den ferritisierenden und austenitisierenden Intensitäten, um die Erzeugung einer aus einer ferritschen Einzelphase bestehenden metallurgischen Struktur zu fördern. Jedoch erfordert die Erhöhung des Unterschiedes eine Vielzahl an ferritisierenden Elementen, die der Fe-Cr-Legierung zuzugeben sind, was zu einem Abbau an Walzbarkeit und Druckverarbeitbarkeit sowie Auftreten von Oberflächendefekten führt. Infolgedessen wird die Zusammensetzung der vorgeschlagenen neuen Fe-Cr-Legierung vorzugsweise wie nachstehend bestimmt:The initial temperature T for generating the γ-phase is higher than an increase in difference between the ferritizing and austenitizing intensities to promote the production of a ferritic single-phase metallurgical structure. However, the increase in the difference requires a plurality of ferritizing elements to be added to the Fe-Cr alloy, resulting in an Ab construction on rollability and Druckverarbeitbarkeit and occurrence of surface defects leads. As a result, the composition of the proposed new Fe-Cr alloy is preferably determined as follows:
C bis zu 0,05 Masse%C up to 0.05% by weight
C ist ein für die magnetische Eigenschaft von einem weichmagnetischen Fe-Cr-Material schädliches Element, da es die Erzeugung von Martensitkömern und Ausscheidung von Carbiden beschleunigt. Die Fe-Cr-Legierung wird härter, wenn sich der C-Gehalt erhöht, was eine schlechte Druckverarbeitbarkeit ergibt. Diese schädlichen Einflüsse werden durch Steuern des C-Gehalts auf nicht mehr als 0,05 Masse% unterdrückt.C is a for the magnetic property of a soft magnetic Fe-Cr material harmful element, since it is the production of Martensitkömern and excretion of carbides accelerated. The Fe-Cr alloy becomes harder when the C content elevated, which results in poor print processability. These harmful influences are controlled by controlling the C content to not more than 0.05% by mass suppressed.
N bis zu 0,05 Masse%N up to 0.05% by weight
N ist auch ein schädliches Element, da es die Erzeugung von Martensitkörnern beschleunigt und aufgrund der Erhöhung der Härte die Druckverarbeitbarkeit von der Fe-Cr-Legierung verschlechtert. In diesem Sinne wird eine obere Grenze des N-Gehalts bei 0,05 Masse% festgelegt bzw. eingeregelt.N is also a harmful Element, as it accelerates the production of martensite grains and due the increase the hardness deteriorates the press workability of the Fe-Cr alloy. In this sense, an upper limit of the N-content is set at 0.05% by mass or adjusted.
Si bis zu 3,0 Masse%Si up to 3.0% by weight
Si ist ein Legierungselement, das für die Erhöhung des spezifischen elektrischen Widerstands und der magnetischen Induktion in einem Magnetwechselfeld wirksam ist. Der Zusatz Si unterdrückt vorzugsweise die Erzeugung von Martensit, was schädliche Einflüsse auf die weichmagnetische Eigenschaft überträgt. Jedoch verursacht zu großer Zusatz von Si eine Erhöhung von Härte und eine Abnahme der Druckverarbeitbarkeit. In diesem Sinne wird eine obere Grenze des Si-Gehalts bei 3,0 Masse% festgelegt.Si is an alloying element used for the increase of electrical resistivity and magnetic induction is effective in a magnetic alternating field. The additive Si preferably suppresses the production of martensite, causing harmful influences transmits the soft magnetic property. However caused too much addition from Si an increase of hardness and a decrease in print processability. In this sense will set an upper limit of Si content at 3.0 mass%.
Mn bis zu 1,0 Masse%Mn up to 1.0% by weight
Mn ist ein Verunreinigungselement, das in eine Fe-Cr-Legierungsschmelze aus einem Rohmaterial, wie Schrott, in einem Legierungs-Schmelzschritt eingeschlossen ist, und die Erzeugung von Martensit beschleunigt. Deshalb wird eine obere Grenze des Mn-Gehalts bei 1,0 Masse% festgelegt.Mn is an impurity element that melts into an Fe-Cr alloy melt from a raw material such as scrap in an alloy melting step and accelerates the production of martensite. Therefore, an upper limit of Mn content is set at 1.0 mass%.
Ni bis zu 1,0 Masse%Ni up to 1.0% by weight
Ni ist auch ein Verunreinigungselement, das in eine Fe-Cr-Legierungsschmelze aus Rohmaterial, wie Schrott, in einem Legierungs-Schmelzschritt eingeschlossen ist, und die Erzeugung von Martensit beschleunigt. Deshalb wird eine obere Grenze des Ni-Gehalts bei 1,0 Masse% festgelegt.Ni is also an impurity element that melts into an Fe-Cr alloy melt from raw material, such as scrap, in an alloy melting step and accelerates the production of martensite. Therefore, an upper limit of the Ni content is set at 1.0 mass%.
P bis zu 0,04 Masse%P up to 0.04 mass%
P ist als Phosphide eingeschlossen, die schädliche Einflüsse auf die weichmagnetische Eigenschaft ausüben; daher wird eine obere Grenze des P-Gehalts bei 0,04 Masse% festgelegt.P is included as phosphides, the harmful influences exert the soft magnetic property; therefore, an upper Limit of the P-content at 0.04 mass%.
S bis zu 0,01 Masse%S up to 0.01 mass%
S ist als Sulfide eingeschlossen, was schädliche Einflüsse auf die weichmagnetische Eigenschaft ausübt; daher wird eine obere Grenze des S-Gehalts bei 0,01 Masse% festgelegt.S is included as sulfides, causing harmful influences the soft magnetic property exerts; therefore, it becomes an upper limit of the S content at 0.01% by mass.
5,0–20,0 Masse% Cr5.0-20.0% by weight Cr
Cr ist ein Legierungselement, das die Erzeugung von Martensit unterdrückt, den spezifischen elektrischen Widerstand einer Fe-Cr-Legierung erhöht, die magnetische Induktion in einem Magnetwechselfeld ebenso wie Si verbessert und auch die Korrosionsbeständigkeit verbessert. Diese Wirkungen werden bei einem Cr-Gehalt von mehr als 5,0 Masse% (vorzugsweise 10 Masse%) deutlich beobachtet. Jedoch vermindert ein zu hoher Zusatz von Cr oberhalb 20,0 Masse% aufgrund der Erhöhung der Härte die magnetische Induktion und Druckverarbeitbarkeit der Fe-Cr-Legierung.Cr is an alloying element that suppresses the production of martensite increased electrical resistivity of an Fe-Cr alloy, the magnetic induction in a magnetic alternating field as well as Si improved and also the corrosion resistance improved. These effects become more at a Cr content as 5.0 mass% (preferably 10 mass%) is clearly observed. however reduces too high an addition of Cr above 20.0 mass% due to the increase the hardness the magnetic induction and print processability of the Fe-Cr alloy.
Al bis zu 4,0 Masse%Al up to 4.0% by weight
Al ist ein Legierungselement, das den spezifischen elektrischen Widerstand und die magnetische Induktion in einem Magnetwechselfeld, gleich wie Si und Cr, stark erhöht. Ein zu hoher Zusatz von Al verursacht allerdings das Auftreten von Oberflächendefekten, die von Einschlüssen vom Typ A1 stammen, sodass eine obere Grenze von dem Al-Gehalt bei 4,0 Masse% festgelegt wird.Al is an alloying element that has the electrical resistivity and the magnetic In production in a magnetic alternating field, just like Si and Cr, greatly increased. However, too much addition of Al causes occurrence of surface defects originated from type A 1 inclusions, so that an upper limit of the Al content is set at 4.0 mass%.
0–3 Masse% Mo0-3 mass% Mo
Mo ist ein wahlweises Legierungselement, das ebenso wie Cr die Erzeugung von Martensit unterdrückt, den elektrischen Widerstand erhöht, magnetische Induktion in einem Magnetwechselfeld verbessert und auch die Korrosionsbeständigkeit verbessert. Ein zu hoher Zusatz von Mo oberhalb 3 Masse% härtet eine Fe-Cr-Legierung wesentlich und vermindert ihre Druckverarbeitbarkeit.Not a word is an optional alloying element that produces the same as Cr suppressed by martensite, increases the electrical resistance, improved magnetic induction in a magnetic alternating field and also the corrosion resistance improved. Excessive addition of Mo above 3% by mass cures an Fe-Cr alloy significantly and reduces their Druckverarbeitbarkeit.
0–0,5 Masse% Ti0-0.5 mass% Ti
Ti ist ein wahlweises Legierungselement, das ebenso wie Cr und Mo die Erzeugung von Martensit unterdrückt, jedoch das Auftreten von Oberflächendefekten verursacht, die von Titanyleinschlüssen stammen. In diesem Sinne wird eine obere Grenze des Ti-Gehalts bei 0,5 Masse% bestimmt.Ti is an optional alloying element which, like Cr and Mo, is the Production of martensite suppressed, however, the appearance of surface defects caused by titany inclusions. In this sense For example, an upper limit of the Ti content at 0.5 mass% is determined.
BEISPIELEXAMPLE
Verschiedene Fe-Cr-Legierungen mit in Tabelle 7 gezeigten Zusammensetzungen wurden in einem 30 kg Hochfrequenzofen in einer Vakuumatmosphäre geschmolzen. Ein weichmagnetisches Fe-Cr-Legierungsblech von 2,0 mm Dicke wurde aus jeder Legierung durch Gießen, Schmieden, Heißwalzen, Kaltwalzen, Fertigwärmebehandeln und dann Entzundern hergestellt. TABELLE 1: Fe-Cr-Legierungen, die in Beispiel 1 verwendet wurden
- A Wert A: 4,3 × % Cr + 99,1 × % Si + 15,1 × % Al + 2,5 × % Mo
- A Wert B:(64 × % Si + 35 × % Cr + 480 × % Ti + 490 × % Al + 25 × % Mo) – (221 × % C + 40 × % Mn + 80 × % Ni + 247 × % N) Die unterstrichenen Zahlen liegen außerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung.
- A value A: 4.3 ×% Cr + 99.1 ×% Si + 15.1 ×% Al + 2.5 ×% Mo
- A value B: (64 ×% Si + 35 ×% Cr + 480 ×% Ti + 490 ×% Al + 25 ×% Mo) - (221 ×% C + 40 ×% Mn + 80 ×% Ni + 247 ×% N) The underlined numbers are beyond the scope of the present invention.
Teststücke wurden aus jedem weichmagnetischen Fe-Cr-Legierungsblech geschnitten.Test pieces were cut from each soft magnetic Fe-Cr alloy sheet.
Nachdem ein ringförmiges Teststück von 45 mm im Außendurchmesser und 33 mm im Innendurchmesser unter in Tabelle 2 gezeigten Bedingungen wärmebehandelt wurde, wurde seine Magnetflussdichte B mit einem B-H-Analysator in einem Magnetfeld von 1 Oe mit einer Frequenz von 1 kHz gemessen.After this a ring-shaped test piece of 45 mm in outside diameter and 33 mm in inner diameter under conditions shown in Table 2 heat treated became its magnetic flux density B with a B-H analyzer measured in a magnetic field of 1 Oe at a frequency of 1 kHz.
Ein weiteres Teststück in der Größe von 30 mm × 30 mm wurde in einer Fluss-/-Salpetersäure-Glycerin-Lösung (HF : HNO3 : Glycerin = 2 : 1 : 2) geätzt und dann einem Punktzählungsverfahren unter Anwendung eines optischen Mikroskops zur Messung von Martensit unterzogen.Another test piece measuring 30 mm x 30 mm was etched in a flux / nitric acid-glycerol solution (HF: HNO 3 : glycerol = 2: 1: 2) and then a dot counting method using an optical microscope for measurement subjected to martensite.
Das gleiche Teststück wurde durch ein SPEED-(Selective Potentiostatic Etching by Electrolytic Dissolution)(Selektives potentiostatisches Ätzen durch elektrolytische Auflösung)-Verfahren geätzt und dann durch ein Rasterelektronenmikroskop beobachtet. Die Anzahl der feinen Ausscheidungen von 1 μm oder weniger in der Teilchengröße, gezeigt auf einem Monitorbildschirm, wurde gezählt, um die Anzahl an feinen Ausscheidungen pro 1 mm2 zu berechnen. Weiterhin wurde ein Teststück von 5 mm in der Breite und 150 mm in der Länge dem Wheatstonebridge-Verfahren zum Messen seines spezifischen elektrischen Widerstands unterzogen.The same test piece was etched by SPEED (Selective Potentiostatic Etching by Electrolytic Dissolution) method and then observed by a scanning electron microscope. The number of fine precipitates of 1 μm or less in particle size, shown on a monitor screen, was counted to reduce the number of fine precipitates gene per 1 mm 2 to calculate. Further, a test piece of 5 mm in width and 150 mm in length was subjected to the Wheatstone Bridge method for measuring its specific electrical resistance.
Andererseits wurde das weichmagnetische Fe-Cr-Legierungsblech zu Kernen für Erregungs- und Erfassungsspulen druckverarbeitet, und dann unter den gleichen Bedingungen wie der Ringmagnet wärmebehandelt. Die Kerne wurden untersucht, um das Vorliegen oder die Abwesenheit von Rissen nachzuweisen. Die Druckverarbeitbarkeit des Fe-Cr-Legierungsblechs wurde in Reaktion auf das Auftreten von Rissen bewertet.on the other hand the soft magnetic Fe-Cr alloy sheet has become cores for excitation and detection coils are pressure processed, and then under the same Conditions such as the ring magnet heat treated. The nuclei were examined to determine the presence or absence of cracks. The print processability of the Fe-Cr alloy sheet was evaluated in response to the occurrence of cracks.
Jeder
Kern wurde in einem magnetostriktiven Drehmomentsensor (gezeigt
in
Die Testergebnisse werden zusammen mit den Wärmebehandlungsbedingungen in Tabelle 2 gezeigt.The Test results are taken together with the heat treatment conditions in Table 2 is shown.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Teststücke Nummern 1–9, deren spezifischer elektrischer Widerstand, Anteil an Martensit und Anzahl an feinen Ausscheidungen erfindungsgemäß gesteuert wurden, eine Magnetflussdichte von nicht weniger als 500 G und eine höhere Ausgangssignalspannung erzeugten. Deshalb sind die Fe-Cr-Legierungsbleche Nummern 1–9 als Kerne für einen Drehmomentsensor, der in der Sensoreigenschaft verbessert ist, verwendbar.The Results show that the test pieces numbers 1-9, whose specific electrical resistance, proportion of martensite and number were controlled according to the invention on fine precipitates, a magnetic flux density of not less than 500 G and a higher output signal voltage produced. Therefore, the Fe-Cr alloy sheets Numbers 1-9 as nuclei for a torque sensor that improves in the sensor characteristic is, usable.
Andererseits hatte das Fe-Cr-Legierungsblech Nr. B1 eine magnetische Induktion, die aufgrund ihrer metallurgischen Struktur, bei der feine Ausscheidungen von 1 μm oder weniger in der Teilchengröße bei einem Verhältnis oberhalb 6 × 105/mm2 in der Zahl übermäßig verteilt sind, wesentlich verschlechtert ist. (m Ergebnis war ein Kern, der aus dem Legierungsblech Nr. B1 hergestellt wurde, in der sensorischen Eigenschaft verschlechtert.On the other hand, the Fe-Cr alloy sheet No. B1 had a magnetic induction which is excessively distributed in number because of its metallurgical structure in which fine precipitates of 1 μm or less in particle size are excessively distributed at a ratio above 6 × 10 5 / mm 2 , is significantly deteriorated. (In the result, a core made of the alloy sheet No. B1 deteriorated in the sensory property.
Das Teststück Nr. 13, das aus einem Fe-Cr-Legierungsblech mit der gleichen Zusammensetzung hergestellt, jedoch bei einer niederen Temperatur in einem Magnetfeld wärmebehandelt wurde, hatte eine magnetische Induktion, die, aufgrund ihrer metallurgischen Struktur, die übermäßig feine Ausscheidungen von 1 μm oder weniger in der Teilchengröße darin verteilt hatte, wesentlich verschlechtert war. Ein Kern aus dem Legierungsblech Nr. 13 war aufgrund der Abnahme der magnetischen Induktion in der Sensoreigenschaft auch verschlechtert. Das Teststück Nr. 14, das bei einer zu hohen Temperatur wärmebehandelt wurde, beinhaltet im Gegensatz dazu eine Menge an Martensitkörnern in einem wärmebehandelten Zustand. Deshalb hatte der aus dem Legierungsblech Nr. 14 hergestellte Kern eine magnetische Induktion, die aufgrund der Erzeugung von Martensit wesentlich verschlechtert war, was eine schlechte Sensoreigenschaft ergibt. TABELLE 2: Wirkungen von Wärmebehandlungsbedingungen, spezifischer elektrischer Widerstand und metallurgischer Struktur hinsichtlich Druckverarbeitbarkeit, Magneteigenschaft und Sensoreigenschaft
- T = (64 × %Si + 35 × % Cr + 480 × % Ti + 490 × % Al + 25 × %Mo + 480) – (221 × % C + 40 × % Mn + 80 × % Ni + 247 × % N)
- O: gut, Δ: etwas mangelhaft, X: mangelhaft
- T = (64 ×% Si + 35 ×% Cr + 480 ×% Ti + 490 ×% Al + 25 ×% Mo + 480) - (221 ×% C + 40 ×% Mn + 80 ×% Ni + 247 ×% N)
- O: good, Δ: a bit deficient, X: deficient
Die unterstrichenen Zahlen liegen außerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung.The underlined numbers are outside the scope of the present Invention.
Das wie vorstehend erwähnte erfindungsgemäße weichmagnetische Material wird aus einer Fe-Cr-Legierung mit einem elektrischen Widerstand von nicht weniger als 50 μΩ. cm und einer metallurgischen Struktur, die wenig Martensitkörner beinhaltet, und die Verteilung von feinen Ausscheidungen unterdrückt, hergestellt. Aufgrund des hohen spezifischen elektrischen Widerstands und der bestimmten metallurgischen Struktur erzeugt das weichmagnetische Material starke magnetische Induktion, was ausgezeichnete Sensoreigenschaft ergibt, selbst in einem schwachen Magnetfeld, das mit hoher Frequenz erregt wurde. Im Ergebnis wird ein Sensor, der gute Messgenauigkeit aufweist, durch Einbau des weichmagnetischen Materials als Kern oder Joch in einen magnetischen Kreis, wie einen elektromagnetischen Induktionssensor oder einen mechanischen Mengensensor, bereitgestellt.The as mentioned above Soft magnetic according to the invention Material is made of an Fe-Cr alloy with an electrical resistance of not less than 50 μΩ. cm and a metallurgical structure containing few martensite grains, and suppresses the distribution of fine precipitates produced. by virtue of high specific electrical resistance and specific metallurgical structure produces the soft magnetic material strong magnetic induction, resulting in excellent sensor performance, even in a weak magnetic field that excites at high frequency has been. As a result, a sensor having good measurement accuracy becomes by incorporating the soft magnetic material as a core or yoke in a magnetic circuit, such as an electromagnetic induction sensor or a mechanical quantity sensor.
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